Gamtoje yra daug dalykų, drauge Horatio,
Apie tai mūsų išminčiai niekada nesvajojo.
Šekspyras. Hamletas (perskaičius šį straipsnį).
Ar straipsnio pavadinimas vertas bepročio? Teisingai. Tačiau faktas yra tas, kad eksperimento rezultatai taip pat verti bepročio fantazijos. Ir pavadinimas gana atitinka straipsnio turinį. Be to, eksperimentai buvo atlikti Naujųjų metų išvakarėse, tai yra beveik tas pats, kas per Kalėdas. Taigi, jei pradėjote skaityti straipsnį stovėdami, tada geriau atsisėsti, o jei sėdite, tada tvirtai laikykitės kėdės. Rezultatai bus stulbinantys. Tikriausiai jais nepatikėsite. Na. Jūs tiesiog turite juos patikrinti. Testuoti visada lengviau nei pirmą kartą atlikti eksperimentą.
Lazerio spindulio kelias prizmėje
Viskas prasidėjo daugmaž paprastai. Straipsnio autorius lazerio spindulį perleido per prizmę …
Visi žinome, kad šviesos pluošto takas ore yra nematomas. Jei nematome šviesos šaltinio ir (arba) juo apšviesto objekto, tai tik šokdami ore šviečiančios dulkių dalelės ar rūko dalelės galime aptikti šviesos spindulio prasiskverbimą. Stiklo dėklas yra visiškai kitoks. Aiškiai matomas lazerio pluošto, einančio per visiškai skaidrią stiklinę prizmę, pėdsakas (1 nuotr.). Be to, matoma ne tik spindulio „trajektorija“(tiesios linijos segmentas), bet ir jo atspindys prizmės veiduose.
Reklaminis vaizdo įrašas:
1 nuotrauka. Viršutinė stora linija prizmės viduje - tai šviečiantis lazerio pluošto pėdsakas, einantis per prizmės galus. Apatinis - tai yra šio pėdsako atspindys apatiniame krašte. Matyti, kad prizmės galai švyti gana ryškiai.
Koks čia reikalas? Juk stiklo viduje nėra dulkių ar rūko dalelių?
Rūko dalelės (vandens dalelės), kurių pakankamas dydis ir koncentracija ore, gerai atspindi šviesą. Todėl matome rūką ir debesis. Tačiau naktį, kaip taisyklė, nematome nei rūko, nei debesų. Matyt, čia esmė yra ne tik vandens dalelių dydis ir jų koncentracija, bet ir šviesos stiprumas. Todėl nematome įprastų šviesos spindulių, einančių per prizmę prizmės viduje. Mes galime pamatyti lazerio spindulius, ir taip gerai, kad už šviesos pluošto trajektorijos nieko nematome, jis nepraleidžia pro šalį.
Tirščiausiame rūke vis tiek galime pamatyti savo ranką, jei ji yra pakankamai arti mūsų akių. Lazerio spindulio trajektorija (tl) prizmės viduje yra apie 1 milimetro storio. Bet tokio storio jau pakanka, kad už šio spindulio nieko nematytum. Žvelgiant į TL sunku įsivaizduoti, kad lazerio spindulys, prasiveržęs pro tokį „rūką“, stiklinėje gali praleisti daugybę centimetrų ar net metrų.
Kodėl mes matome tll? Matyt, dėl to, kad kai kurie stiklo dalelių komponentai, kaip ir rūko dalelės, atspindi dalį lazerio šviesos. Šios dalelės yra labai tankiai, tačiau, kita vertus, mes nepastebime lazerio spindulio silpnėjimo dėl šio proceso.
Galima būtų pabandyti išmatuoti tll sekcijos skleidžiamos šviesos galią, kad būtų galima numatyti, kaip toli stikle lazerio spindulys gali nueiti, kol spindulys nesusilpnėja per pusę. Tačiau būtų daug įdomiau sužinoti, kokių dalelių dydis susidaro „rūke“stiklinėje ir iš ko jos yra pagamintos.
Lazerio spindulio pėdsakas stiklo plokštelėje
Dabartinio mano buto koridoriuje yra nedidelis siauras stalas su stikliniu viršumi. Jo plotis 48 cm, stiklo storis 8 mm. Stiklas yra skaidrus, bespalvis. Šio stiklo kraštai yra taip gerai apdailinti, kad jo neįmanoma pjaustyti ir atrodo, kad jie yra gana lygūs. Bet, žinoma, jie nėra šlifuoti ar šlifuoti, kad turėtų optinių savybių. Jie neatrodo skaidrūs.
Bet paaiškėjo, kad tai nėra per didelė kliūtis lazerio spinduliui. Lazerio spindulys praeina per šiuos kraštus ir, turėdamas tinkamą pradinę kryptį, gali judėti toliau stiklinėje neišeidamas. Matyt, yra šviesos nukreipimo efektas.
Būtent čia, šiame stalviršyje, buvo paslėptas netikėtumas, neįtikėtinas šviesos efektas, kuris yra kur kas neįtikėtinas nei lazerio spindulio trajektorija prizmėje.
Visi žinome, kad prizmė skaido šviesą į spalvų komponentus. Tariamai Niutonas įsitikino, kad neįmanoma gauti papildomo šių spalvų komponentų skaidymo. Žalia lemputė lieka žalia, o geltona - geltona. Todėl man pasirodė, kad pradinis žalio lazerio spindulio trajektorijos pėdsakas stiklinėje akivaizdžiai nebuvo žalias. Be to, po jo buvo žalios zonos, o vėliau vėl nebuvo žalios. Šis faktas turėjo būti dokumentuotas.
Autorius turėjo pritvirtinti lazerį taip, kad atlaisvintų rankas fotografavimui. Bet šio efekto pasiekti jau nebuvo įmanoma. Tačiau efektas buvo ne mažiau nuostabus.
2 nuotrauka. Aukščiau esančioje nuotraukoje, maždaug vaizdo centre, matote spindulį, einantį iš dešinės į kairę ir kuris, atrodo, išnyksta, patekdamas į ryškesnę žalią juostą. Paveikslėlyje tai atrodo kaip laidas su daugiaspalvėmis sruogomis. Šiek tiek padidinę nuotrauką, pastebėsite, kad viena iš „sruogų“yra ruda. Žemiau (3 nuotrauka) su ilgesne ekspozicija rodomas tas pats spindulys. Jums bus lengviau jį vėl pamatyti šiek tiek padidinus. Viena iš šio spindulio „sruogų“jums pasirodys geltona.
3 nuotrauka. Viršutiniame kairiajame kampe per visą nuotrauką išeina siaura sija (įrėminta žaliais kraštais), kuri gali būti vadinama „zebra“, bet ne juoda ir balta, o balta ir geltona. Šis spindulys teoriškai taip pat turėtų būti žalias ir, žinoma, tos pačios spalvos, o ne imituoti zebrą. Dalis medinės lentjuostės matoma viršuje dešinėje. Jis apima ryškų lazerio spindulio patekimo į stiklo plokštelę tašką. 2 nuotraukoje dėl mažo ekspozicijos šio bėgio praktiškai nematyti (jis atrodo visiškai juodas. Matomas tik tamsiai žalias kraštas).
Deja, kamera visai nemato to, ką mato akis.
2 ir 3 nuotraukose 80% kairėje esančių nuotraukų ploto užima stiklas („stiklinės“lentelės stalviršis). Iš 2 nuotraukos apatinio krašto centro atrodo, kad storos virvės gabalas yra stiklo kraštas. 3 nuotraukoje toje pačioje vietoje yra kažkas panašaus į šiurkščią medinę lentjuostę - iš tikrųjų tai yra tas pats stiklo kraštas. 3 medžio „medinės plokštės“gabalas su tamsiai žaliais kraštais viršutiniame dešiniajame kampe yra medinės lentjuostės dalis. Jis yra čia, kad uždarytų ryškų lazerio spindulio patekimo į stiklą nuo objektyvo tašką. Tas pats objektas yra 2 nuotraukoje maždaug toje pačioje vietoje ir tuo pačiu tikslu, tačiau 2 nuotraukoje jis visiškai nematomas.
Mums turėtų būti įdomu abiejuose kadruose - siauras šviesos pluoštas, einantis šūvio viduryje iš dešinės į kairę iš ten, kur susiduria stiklo kraštas ir bėgis.
Atkreipkite dėmesį: šio spindulio pradžia abiejuose kadruose atrodo kaip kintantys lygiagretainiai arba, jei norite, dvi daugiaspalvės sruogos, susuktos kartu. 2 nuotraukoje jie atrodo kaip žali ir rudi, 3 nuotraukoje - geltoni ir balti. Kalbant apie spalvą, vaizdas 2 labiau atitinka tikrovę. Šių lygiagretainių kraštai kerta spindulį maždaug 45 laipsnių kampu.
Iš 2 paveikslo galime pasakyti, kad šis spindulys atrodo kaip virvė, susukta iš geltonų ir baltų sruogų. Bet tai tik tada, kai žiūrite į spindulį iš vienos jo įėjimo į stiklą pusės. Kita vertus, šis spindulys atrodo lygiai taip pat, tačiau jau galite suprasti, kad tai nėra susuktos sruogos. Kur vienoje pusėje yra lygiagretainio jungtys, kitoje pusėje yra lygiagretainio vidurio taškai ir atvirkščiai. Tai yra, kairėje ir dešinėje yra pusės lygiagretainio poslinkis. Iš viršaus spindulys atrodo vienspalvis, tarsi pilkai rudas. Akiai atrodo, kad geltonos lygiagretainės yra labiau rudos, bet aiškiai nėra žalios.
Jau čia galime pastebėti skirtumus nuo teorijos: žalia nustojo būti žalia. Bet jei apskritai galima tikėtis pluošto spalvos pasikeitimo, tai tik spalvos pokyčiai eina per siją, kaip yra baltosios šviesos skaidymo prizmėje atveju. Apie kokį „spindulį“galime kalbėti, kai spalvos pasikeitimas vyksta palei spindulį? Atrodytų, kad taip gamtoje tiesiog negali būti. Bet čia jūs matote tokį stebuklą Yudo nuotraukoje. Vėlgi galima būtų įsivaizduoti, kad du ryšuliai susukti į tam tikrą virvelę, tačiau šviesos spinduliai negali nieko sulenkti ir apgaubti. Bet net to nėra čia. Abiejose sijos pusėse matomi kintantys spalvų lygiagretainiai. Prašau pasakyti, kaip spindulys gali periodiškai pakeisti savo spalvą, jei nemanote, kad už jo yra fonas, susidedantis iš besikeičiančių juostų spalvos? Tai tiesiog negali būtito net neįmanoma įsivaizduoti. Tai galima tik nupiešti. Bet mes matome nuotrauką.
Eksperimentą lengva pakartoti (bent jau ant šio stiklo). Jei kam nors kyla sunkumų pakartoti eksperimentą, eikite pas mane, mes pakartosime viską kartu.
Sijos patekimo į stiklo kraštą kampo pakeitimas (plokštumoje, lygiagrečioje stiklo plokštumai) praktiškai nieko nekeičia. Kai spindulio patekimo taškas yra arti viršutinės stiklo plokštumos, atrodo, kad spindulys yra prispaustas prie jo iš vidaus, tada jis lūžta, eina giliai į stiklą ir tada eina toliau, palaipsniui vis mažiau ir mažiau ryškus. Iš apačios ir iš viršaus spindulį po pertraukos lydi ryškiai žalios šviesos gijos, tarsi prispaudžiančios prie stiklo paviršiaus. Nei pati sija, nei šios sruogos neišeina į lauką.
Taip pat buvo išbandytas raudonas lazeris. Lygiai taip pat stikle pasirodo spindulys, susidedantis iš kintamo ryškumo lygiagretainių. Bet ar pasikeitė spalva, autorius negalėjo suprasti. Buvo naudojami lazeriai, kurių galia siekė apie 50 milivatų.
Autorius šiame etape negali paaiškinti šio eksperimento rezultatų.
Lazerio spindulio sąveika su skaidriomis medžiagomis
Kai šis straipsnis jau buvo parašytas, autorius savo laisvomis akimirkomis pradėjo išbandyti visas permatomas medžiagas. Naudojant stiklą, rezultatai buvo lengvai pakartojami, visur, kur stiklo viduje buvo galima pamatyti spindulių trajektorijos pėdsakus, panašius į raudonai rudą spalvą.
Tada autorius išbandė organinio stiklo gabalą, kilusį iš Kinijos. Jis parodė pėdsaką, panašų į prizmės pėdsaką (1 nuotrauka). Siurprizas, kurį autorius prieš porą dienų būtų laikęs natūraliu, jo laukė su plexiglass vamzdžio gabalu (skersmuo 80 mm, ilgis 126 mm, sienelės storis 3 mm). Šioje sienoje spindulių trajektorija yra visiškai nematoma. Autorius šį rezultatą sutiko patenkintas, nes prieš porą dienų jis tikėjo, kad lazerio pluošto pėdsakų skaidrioje medžiagoje nematyti. Netikėtumas, jau tikras, buvo kitoks: lazerio spindulys nepaliko šios sienos. Aiškiai matėsi ryškus įėjimo taškas, abu vamzdžio galai švytėjo gana ryškiai, ant sienos matėsi tamsus šešėlio lankas nuo vamzdžio sienos, tačiau sija iš vamzdžio gabalo neišėjo. Autorius net bandė pažvelgti į vamzdžio sienelę iš galo: jis matė labai ryškų, tiesiai akinantį lanką - bet ne tašką.
Autorius pradėjo ieškoti kitų po ranka esančių rezginio elementų. Iš takelio buvo rastas liniuotė (ilgis 33 cm, storis 5 mm, liniuotės kraštai išlenkti ir apie 0,5 mm storio). Šis valdovas buvo naudojamas tais laikais, kai vis dar egzistavo piešimo lentos. Šioje linijoje pradinis lazerio spindulio trajektorijos gabalas buvo aiškiai matomas, tačiau palaipsniui jis tapo vis labiau neaiškus, ir spindulys taip pat neišėjo iš jo.
Priminkime skaitytojui, kad aprašyti eksperimentai prasidėjo stikliniu 48 cm pločio stalviršiu. Nors jo viduje spindulių takas yra rausvai rudas, spindulys iš jo išeina ir turi tą pačią žalią spalvą, kaip ir prie jo įėjimo.
Taigi yra visiškai skirtingų skaidrių medžiagų. Kai kuriuose jų žalio lazerio spindulio nematyti, kai kuriuose kituose jis yra matomas ir turi įprastą žalią spalvą, stikluose lazerio spindulio pėdsakas gali pasirodyti raudonai rudas arba net tiesios formos, susidedančios iš raudonai rudų kintamojo ryškumo lygiagretainių. Lazerio spindulys gali praeiti, bet jis gali visiškai nepalikti medžiagos, pasisukdamas medžiagos viduje linija, kurios ryškumas mažėja kraštų link.
Johannas Kernas, Štutgartas